In the present study, the Unified Flow Solver(UFS) is developed for flows from both continuum and rarefied gas regimes on unstructured meshes. This Unified Flow Solver(UFS) is based on the direct numerical solution of the Boltzmann transport equation and the kinetic theory of gas dynamics. The direct numerical solver for the Boltzmann equation is used in regions of high local Knudsen number, while the Navier-Stokes flow solver based on the kinetic BGK scheme is used in regions of low and moderate local Knudsen number. Several criteria for switching between the direct Boltzmann method and the kinetic BGK scheme are presented in this paper. The simulations of Unified Flow Solver(UFS) were conducted in order to compute the aerodynamic performances for hypersonic flows around blunt bodies and analyze the flow field about the Divert and Attitude Control System.
본 논문에서는 희박기체 영역 유동과 연속체 영역 유동을 동시에 고려할 수 있는 비정렬 격자 기반의 통합 유동 해석자에 대한 연구를 수행하였다. 기존의 직접모사법(DSMC)을 기반으로 하는 통합 해석 기법이 희박기체 영역 유동 해석에서 계산 효율이 매우 낮아지는 단점을 개선하기 위해 볼츠만 수송 방정식(Boltzmann transport equation)의 직접 수치 해를 기반으로 하는 통합 유동 해석 기법을 제시하였다. 또한 기존의 CFD 기법이 저밀도 유동 해석에서 계산 정확도가 낮아지는 단점을 보완하기 위해 비지케이 모델 방정식과 연속체 지배방정식의 수학적인 관계(mathematical transition)를 기반으로 하는 카이네틱 비지케이 해석자를 이용하여 연속체 영역 유동을 해석하였다. 본 논문에서는 통합 유동 해석 기법에서 높은 고도를 비행하는 요격 비행체의 희박한 대기 영역과 제트 화염 영역을 효율적으로 구분할 수 있는 새로운 영역 구분 알고리즘을 제시하였다. 개발된 통합 유동 해석자의 천이 영역을 포함하는 넓은 범위의 유동 해석에 대한 정확성을 검증하기 위해 무딘 물체 주위의 초음속 점성 유동장을 해석하였다. 또한 통합 유동 기법을 이용하여 고밀도의 제트 화염 영역과 저밀도의 외부 대기 영역을 동시에 포함하는 DACS(Divert and Attitude Control System) 유동 장의 고도별 공력 특성을 산출하였다.
